预应力CFRP加固混凝土结构技术及工程应用研究

摘要

伴随着社会经济的发展，当前对已有混凝土结构的维修、改造和加固已经显现出越来越重大的社会经济效益。鉴于传统的结构加固技术存在着诸多缺点，近年来，碳纤维增强复合材料(CFRP)以其强度高、重量轻、耐腐蚀、施工简便等优良特性在国内外混凝土结构加固修复领域中深受重视，并逐步开始获得广泛的应用。但伴随着CFRP在混凝土结构加固领域发挥越来越重要作用的同时，人们也逐渐发现了现有的CFRP加固技术存在着诸如弹性模量与强度的比值过低、环氧树脂层传递的剪力有限、在受拉的同时还承受一个由曲率带来的剥离应力、延性不足、耐火性与耐高温性能较差等缺陷。于是研究者进一步提出将预应力技术应用于粘贴加固技术中以解决这些问题。
　　 由于预应力CFRP加固技术刚起步不久，相关的研究还比较有限，该技术距离成熟应用还需做大量的研究工作。根据已有的研究成果及其不足，本文主要以理论分析结合试验研究的方法，综合研究预应力碳纤维布对混凝土结构的加固作用以及对混凝土结构工作性能的影响等问题。针对该技术运用于工程实际所面临的诸多难题，初步探讨将预应力碳纤维布加固技术投入工程应用需解决的预应力控制、施加体系及设计施工等方面的工程技术问题。
　　 本文主要对预应力碳纤维布加固技术进行了一定的理论分析，提出了相应的基本设计计算模型；对采用普通碳纤维布加固与采用预应力碳纤维布加固的梁的性能进行了对比研究；通过试验结果对比分析了预应力碳纤维布加固与非预应力碳纤维布加固试件的工作性能；分析了预应力碳纤维布加固技术在设计、施工中的主要影响因素，提出了减少控制应力损失的主要技术措施；结合工程应用实例，针对性提出了改善和提高预应力碳纤维加固效率的技术措施和建议。
　　 根据以上的研究，本文得出一些预应力碳纤维布加固技术的基本规律：预应力碳纤维加固技术可有效提高结构承载能力与抗裂性能，减小结构变形，提高结构使用阶段工作性能；与非预应力碳纤维布加固相比，预应力碳纤维布加固的构件各阶段的抗弯刚度相当，减小变形主要通过提高开裂荷载及屈服荷载实现；对碳纤维布施加预应力能极大提高构件使用阶段内碳纤维布强度的利用效率，且利用程度随初始应力提高而提高；预应力碳纤维加固构件的设计计算应充分考虑构件承载力与延性性能之间的协调性；在采用预应力碳纤维加固时，张拉控制应力允许值[σof,con]一般取(0.20～0.45)fcf较为适当。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1课题意义

1.2国内外研究现状

1.3研究目的及主要内容

1.3.1研究目的

1.3.2研究的主要内容

2预应力碳纤维布加固混凝土梁设计分析

2.1正截面承载力分析

2.1.1基本假定

2.1.2张拉阶段的应力分析

2.1.3使用阶段的应力分析

2.1.4屈服弯矩的计算

2.1.5极限承载力的计算

2.2刚度分析

2.2.1预应力碳纤维布加固梁一般破坏过程

2.2.2预应力碳纤维布加固梁截面刚度的计算

2.3 本章小结

3预应力碳纤维布加固混凝土梁试验研究

3.1试验方案

3.1.1试件设计

3.1.2碳纤维张贴加固方案

3.1.3试验加载方案

3.1.4试验量测方案

3.2试验现象及结果分析

3.2.1试验现象

3.2.2主要试验结果

3.2.3试验的基本分析

3.3试验结果与计算值的对比

3.3.1承载力的对比

3.3.2刚度的对比

3.4本章小结

4碳纤维布预应力控制水平分析

4.1预应力碳纤维布的张拉控制应力

4.1.1张拉控制应力的定义及影响因素

4.1.2张拉控制应力允许值的取值

4.2预应力碳纤维布加固混凝土粱的预应力损失分析

4.2.1导致预应力损失的因素

4.2.2预应力损失估算

4.2.3减少预应力损失的措施

4.3本章小结

5预应力碳纤维布在混凝土结构加固中的应用实例

5.1工程概况及加固方案

5.2主要技术处理

5.2.1结构胶性能控制及处理措施

5.2.2预应力碳纤维布的均匀受力问题及处理措施

5.2.3预应力碳纤维布粘贴基面的找平问题及处理

5.2.4预应力碳纤维布空鼓问题及处理措施

5.2.5气候条件对树脂固化的影响及处理措施

5.2.6行车干扰、地基沉降问题及处理措施

5.3加固效果

5.3.1验证试验方案

5.3.2试验结果及分析

5.4本章小结

6结论与展望

6.1主要结论

6.2后续研究工作展望

致 谢

参考文献

附录